Zmienność stężenia gazowych zanieczyszczeń powietrza na

Robert KALBARCZYK, Eliza KALBARCZYK
Katedra Meteorologii i Klimatologii, Akademia Rolnicza w Szczecinie
Department of Meteorology and Climatology, Agricultural University in Szczecin
Zmienność stężenia gazowych zanieczyszczeń powietrza na
obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej w zależności
od warunków meteorologicznych
Variability of gas concentration of air pollution in the
countryside area of Szczecin Lowland correlated with
weather conditions
Słowa kluczowe: ditlenek azotu, ditlenek siarki, elementy meteorologiczne, Nizina Szczecińska
Key words: nitrogen dioxide, sulphur dioxide,
meteorological elements, Szczecin Lowland
Wprowadzenie
Poziomy stężeń zanieczyszczeń
w powietrzu wynikają bezpośrednio
z wielkości emisji zanieczyszczeń do atmosfery oraz warunków meteorologicznych. Emisja zanieczyszczeń w województwie zachodniopomorskim koncentruje się w trzech powiatach (gryfiński,
policki i miasto Szczecin) położonych
w zachodniej części regionu (Czarnecka
i Kalbarczyk 2004).
Wielkości stężeń ditlenku azotu na
obszarze województwa są zróżnicowane
– najniższe stężenia występują na obszarach wiejskich oraz w małych miejscowościach, w punktach oddalonych od
komunikacji samochodowej, najwyższe
(w 2005 r. przekroczony dopuszczalny
średnioroczny poziom) – w Szczecinie
(Raport... 2006). W ostatnich 10 latach
stężenia średnioroczne w Szczecinie
i Stargardzie wykazują tendencję spadkową, będącą wynikiem modernizacji
dróg i lepszej jakości poruszających
się po drogach samochodów; jednak od
2000 roku poziomy stężeń NO2 utrzymują się w tych punktach na poziomie
od 50 do 75% poziomu dopuszczalnego,
bez wyraźnej tendencji spadkowej.
Stężenia ditlenku siarki w województwie zachodniopomorskim są niskie, znacznie poniżej poziomów dopuszczalnych (Raport... 2006). W ostatnich latach obserwuje się spadkową tendencję stężeń SO2 w powietrzu, głównie
dzięki proekologicznym inwestycjom
w zakładach stanowiących duże, punktowe źródła emisji (Zespół Elektrowni
Zmienność stężenia gazowych zanieczyszczeń...
73
„Dolna Odra”, Zakłady Chemiczne „Police”).
Warunki pogodowe (temperatura
i wilgotność powietrza, prędkość i kierunek wiatru, opad atmosferyczny, ciśnienie atmosferyczne) odpowiedzialne
są za rozprzestrzenianie się i akumulację zanieczyszczeń emitowanych z różnych źródeł (van der Wal i Janssen 2000,
Skotak i in. 2002). Opisanie związków
między warunkami meteorologicznymi
a wielkością stężenia zanieczyszczeń
powietrza dotyczy najczęściej obszarów
o licznych źródłach emisji (Kleniewska
2004, 2005), brak jest tego rodzaju badań prowadzonych dla obszarów pozamiejskich.
Celem pracy było określenie zależności stężenia ditlenku azotu i ditlenku
siarki na obszarze pozamiejskim od wybranych elementów meteorologicznych.
Materiał i metody
Podstawę opracowania stanowiły wartości dobowych stężeń ditlenku azotu i ditlenku siarki oraz dobowe
dane meteorologiczne według miesięcy
i okresów: suma promieniowania całkowitego, temperatura powietrza (średnia, maksymalna i minimalna), suma
opadów atmosferycznych i prędkość
wiatru w latach 1998–2005, odpowiednio dla automatycznej stacji imisyjnej
i agrometeorologicznej, zlokalizowanych
w Lipniku koło Stargardu Szczecińskiego, oraz ciśnienie atmosferyczne w stacji
meteorologicznej w Szczecinie. Zarówno stacja imisyjna, jak i agrometeorologiczna leżą na terenie pozamiejskim
w centralnej części Niziny Szczecińskiej
(φ = 53°21’; λ = 14°58’) na wysokości
74
30 m n.p.m. Stacja imisyjna w Lipniku
wchodzi w skład sieci kilku stacji, monitorujących zanieczyszczenia powietrza
emitowanych przez Zespół Elektrowni
„Dolna Odra” S.A., zlokalizowanych
w Nowym Czarnowie koło Gryfina i w
Szczecinie. Dane dotyczące imisji uzyskano dzięki pomiarom wykonywanym
przez Inspekcję Ochrony Środowiska
w ramach Państwowego Monitoringu
Środowiska.
We wszystkich przeprowadzonych
w pracy analizach uwzględniono wartości dobowe, przy czym ze względu
na braki w obserwacjach zbiory danych
wyjściowych z ośmiu lat liczyły od 134
elementów (we wrześniu i w listopadzie)
do 204 (w styczniu) dla ditlenku azotu
oraz od 147 (w lutym) do 206 (w sierpniu i październiku) dla ditlenku siarki.
Zależność stężenia gazowych zanieczyszczeń atmosfery na obszarze pozamiejskim od elementów meteorologicznych zbadano za pomocą analizy regresji
pojedynczej i wielorakiej. Wartości stężenia ditlenku azotu lub ditlenku siarki
w kolejnych miesiącach roku i w rozpatrywanych okresach grzewczym (X–IV)
i letnim (V–IX), stanowiące zmienną
zależną, miały rozkład różny od normalnego, dlatego przeprowadzono normalizację zmiennych zależnych za pomocą
funkcji:
f ( NO 2 ) = NO 2 , f(SO 2 ) = SO 2
gdzie:
NO2 – wartość stężenia ditlenku azotu
[μg·m–3],
SO2 – wartość stężenia ditlenku siarki
[μg·m–3].
Za miarę dopasowania funkcji regresji do danych empirycznych posłużył
R. Kalbarczyk, E. Kalbarczyk
współczynnik determinacji (%), natomiast w przypadku istotnego trendu liniowego współczynnik korelacji cząstkowej (%).
Wyniki
Na Nizinie Szczecińskiej w latach
1998–2005 przeciętne stężenie ditlenku
azotu było większe niż ditlenku siarki
(tab. 1), za wyjątkiem trzech miesięcy:
marca, maja i sierpnia. W okresie grzewczym średnie stężenie ditlenku azotu
wynosiło 9,3 μg·m–3 i było o 1,5 μg·m–3
wyższe niż ditlenku siarki, natomiast
w okresie letnim różnica ta była o połowę mniejsza. Najwyższe stężenie NO2
występowało w lutym i marcu (po 10,8
μg·m–3), a następnie we wrześniu (10,5
μg·m–3) i w listopadzie (10,3 μg·m–3),
najniższe zaś w czerwcu (6,8 μg·m–3).
Z kolei najwyższe stężenie SO2 notowano w marcu (10,9 μg·m–3), najniższe
zaś w kwietniu (4,5 μg·m–3) i w lipcu
(7,3 μg·m–3). Na obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej stężenie NO2
i SO2 nie wykazywało wyraźnej struktury sezonowej. Zarówno w okresie grzewczym, jak i letnim przeciętne stężenie
SO2 wynosiło tyle samo (po 7,8 μg·m–3).
W latach 1998–2005 maksymalne stężenie średniodobowe NO2, wynoszące 57,1
μg·m–3, odnotowano 14 października
w 1998 roku, natomiast SO2 ,wynoszące
193,5 μg·m–3, 6 marca w 1998 roku.
Na Nizinie Szczecińskiej wieloletnia
zmienność stężeń ditlenku azotu była
wyraźnie mniejsza niż ditlenku siarki
w ośmiu miesiącach, za wyjątkiem lutego, kwietnia, października i listopada
(tab. 1). Odchylenie standardowe NO2
wahało się od 4,1 μg·m–3 w czerwcu do
8,5 μg·m–3 we wrześniu, natomiast SO2
od 2,2 μg·m–3 w kwietniu do 18,0 μg·m–3
w grudniu. W okresie grzewczym odchylenie standardowe dla NO2 było prawie
dwukrotnie mniejsze niż dla SO2, natomiast w okresie letnim prawie o połowę. Największą różnicę między górnym
a dolnym kwartylem dla stężenia obu
zanieczyszczeń gazowych odnotowano
w marcu, najmniejszą w czerwcu dla NO2
i w kwietniu dla SO2. Według Czarneckiej i Kalbarczyka (2005), na Pomorzu
zmienność rocznych oraz sezonowych
stężeń SO2 jest przeważnie co najmniej
dwukrotnie większa niż NO2.
Pogorszenie jakości powietrza na
Nizinie Szczecińskiej wynikało z rosnącej tendencji stężenia NO2, za wyjątkiem
dwóch miesięcy sierpnia i września.
Największe współczynniki determinacji uzyskano w sierpniu (R2 = 20,1%)
dla ujemnego trendu, a następnie w listopadzie (R2 = 16,8%) dla dodatniego.
Z kolei polepszenie jakości powietrza
w ciągu całego roku wynikało z malejącej
tendencji imisji SO2. Współczynniki determinacji dla trendu SO2 były wielokrotnie wyższe niż dla NO2 i wahały się od
20,4% w lipcu do nawet 55,2% w maju.
Istotny trend stężenia obu zanieczyszczeń gazowych udowodniono również
w okresie grzewczym i letnim – ujemny dla NO2, a dodatni dla SO2. Podobne
wyniki uzyskali Czarnecka i Kalbarczyk
(2005), według których w wielu miastach Pomorza notuje się spadkową tendencję stężenia obu zanieczyszczeń, nie
tylko w skali całego roku, ale również
w sezonach.
Diagramy częstości dobowych stężeń NO2 w przyjętych przedziałach wielkości wykazały, że ponad 35% wszystkich uzyskanych wyników w latach
Zmienność stężenia gazowych zanieczyszczeń...
75
Objaśnienia / Explanations:
–/+ trend ujemny/dodatni / negative/positive trend; *** istotny dla α ≤ 0,01 / significant at α ≤ 0,01; ** istotny dla α ≤ 0,05 / significant at α ≤ 0,05; w nawiasie
podano wartości współczynnika determinacji / in parenthesis values of determination coefficients [%].
TABELA 1. Statystyczne charakterystyki stężenia NO2 i SO2 [μg·m–3] na obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej w latach 1998–2005
TABLE 1. Statistical characteristics of the NO2 and SO2 concentrations [μg·m–3] in the countryside area of Szczecin Lowland in 1998–2005
Rodzaj
Miesiąc / Month
Okres / Period
zaniegrzewczyszCharakterystyki
letni
czy
czeń
Characteristics
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
summer
heating
Kind of
(V–IX)
(X–IV)
pollution
średnia
10,0
10,8
10,8
8,4
8,4
6,8
7,3
9,5
10,5
9,0
10,3
9,6
9,3
8,5
mean
dolny kwartyl
6,2
6,5
5,0
4,5
5,3
4,0
4,0
4,3
5,0
3,8
5,3
4,4
4,7
4,3
lower quartile
górny kwartyl
12,6
13,1
14,9
11,7
11,2
8,8
10,4
13,2
12,5
11,5
14,4
13,2
13,4
11,0
upper quartile
NO2
odchylenie standardowe
4,8
6,6
8,3
5,3
4,6
4,1
4,3
6,5
8,5
8,1
6,3
7,1
6,6
6,0
standard deviation
trend liniowy
+**
+*** +*** +***
+**
–***
–***
+***
+**
+***
+***
linear trendline
(3,0)
(7,9) (10,2) (7,2)
(3,6)
(20,1) (9,8)
(16,8) (3,3)
(1,0)
(1,3)
średnia
7,8
5,8
10,9
4,5
8,5
6,7
6,4
9,6
8,0
5,7
6,3
9,6
7,8
7,8
mean
dolny kwartyl
4,0
2,9
3,2
2,8
3,8
2,1
2,9
3,2
3,1
3,2
3,2
3,2
3,0
2,8
lower quartile
górny kwartyl
10,8
7,4
10,1
6,0
8,0
7,6
7,0
6,9
9,9
7,3
6,8
8,7
7,7
7,3
upper quartile
SO2
odchylenie standardowe
5,0
4,5
19,0
2,2
7,5
7,7
5,8
13,8
9,1
3,4
5,5
18,0
12,2
9,3
standard deviation
trend liniowy
–***
–***
–***
–***
–***
–***
–***
–*** –**** –***
–***
–***
–***
–***
linear trendline
(21,4) (26,2) (43,7) (28,4) (55,2) (26,1) (20,4) (49,6) (51,5) (33,1) (44,9) (22,5) (29,5)
(38,5)
1998–2005 mieściło się w zakresie od
5 do 10 μg·m–3, ale z niewiele mniejszą częstością (około 30%) występowały również w zakresie od 0 do 5 μg·m–3
(rys. 1). Niższe, wynoszące od 0 do 10
μg·m–3 stężenia NO2, notowano częściej
w okresie letnim, wyższe zaś, wynoszące
ponad 10 μg·m–3, w okresie grzewczym.
W ponad 52% w okresie grzewczym i w
prawie 56% w okresie letnim stężenia
SO2 mieściły się w przedziale od 0 do
5 μg·m–3, ale często (około 30%) także
w zakresie od 5 do 10 μg·m–3. Zdecydowanie większy procentowy udział stężenia ditlenku siarki w zakresie od 5 do 15
μg·m–3 notowano w okresie grzewczym
niż w letnim. Ta odmienna struktura dobowych wartości stężenia analizowanych
NO2
%
60
okres grzewczy / heating period
50
okres letni / summer period
40
30
20
10
0
0-5
5-10
10-15
15-20
20-25
25-30
30-35
35-40
-3
μg·m
%
SO2
60
okres grzewczy / heating period
50
okres letni / summer period
40
30
20
10
0
0-5
5-10
10-15
15-20
20-25
25-30
30-35
35-40
-3
μg·m
RYSUNEK 1. Częstość występowania dobowych stężeń NO2 i SO2 w przyjętych przedziałach na obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej w latach 1998–2005
FIGURE 1. The frequency of occurrence of the NO2 and SO2 concentrations in the accepted intervals
in the countryside area of Szczecin Lowland in 1998–2005
Zmienność stężenia gazowych zanieczyszczeń...
77
zanieczyszczeń na obszarze pozamiejskim jest charakterystyczna również dla
miast w całym kraju (Skotak i in. 2002,
Czarnecka i Kalbarczyk 2005).
Analiza regresji obu zanieczyszczeń
gazowych od wybranych elementów
meteorologicznych wykazała, że więcej statystycznie istotnych związków
stwierdzono dla NO2 niż SO2, zwłaszcza względem maksymalnej temperatury powietrza, opadów atmosferycznych
i ciśnienia atmosferycznego (tab. 2 i 3).
Dla wszystkich statystycznie istotnych
związków między imisją NO2 i SO2
a warunkami solarnymi uzyskano dodatnie znaki, co świadczy o tym, że promieniowanie słoneczne przyczyniało się do
zwiększenia stężenia obu gazów (tab. 2).
Według Kleniewskiej (2005), promieniowanie słoneczne istotnie wpływa na
stężenie ditlenku siarki w niektórych sytuacjach pogodowych, na przykład przy
pogodzie słonecznej i prędkości wiatru
poniżej 1 m·s–1. Średnia temperatura
powietrza w okresie od października do
lutego oddziaływała korzystnie na czystość powietrza, natomiast w kwietniu,
maju i sierpniu – niekorzystnie. Najściślejszą zależność zarówno dla NO2, jak
i SO2 stwierdzono w listopadzie – R2
wyniósł odpowiednio 9,4 i 25,2%. Istotne zależności między średnim dobowym
stężeniem SO2 a średnią dobową temperaturą powietrza wykazali m.in.: Miczyński i Zawora (1993), Nowicka i inni
(2004) oraz Kleniewska (2005). Wzrost
maksymalnej temperatury powietrza
w czasie od lutego do maja oraz w lipcu
i w sierpniu w odniesieniu do NO2 lub
w kwietniu i w maju w odniesieniu do
SO2 przyczyniał się do zwiększenia stężenia obu gazów, natomiast powodował
zmniejszenie ich imisji w miesiącach
78
od listopada do stycznia. Najściślejsze zależności, podobnie jak w przypadku średniej temperatury powietrza,
udowodniono w listopadzie – R2 wyniósł 12,7% dla NO2 i 27,1% dla SO2.
Według Kleniewskiej (2004), wzrost
temperatury powietrza może przyczyniać się do spadku wydajności reakcji
utlenienia SO2 i tym samym do pogorszenia czystości atmosfery. Z kolei ponadprzeciętna minimalna temperatura
powietrza oddziaływała korzystnie na
zmniejszenie się gazowych zanieczyszczeń atmosfery na Nizinie Szczecińskiej.
We wszystkich istotnie potwierdzonych
związkach NO2 i SO2 z minimalną temperaturą powietrza lepszy opis uzyskano
dla SO2, za wyjątkiem czerwca. Istotne współczynniki determinacji wahały się od 1,9% we wrześniu do 8,5%
w listopadzie względem NO2 i od 1,9%
w czerwcu do 20,9% w listopadzie względem SO2. Korelacja stężenia NO2 i SO2
z sumą opadów atmosferycznych ujawniła wyłącznie pozytywną rolę tego elementu w mechanicznym oczyszczaniu
atmosfery (tab. 3). Jednak współczynniki
determinacji dla tej zależności były bardzo niskie i wahały się od 1,9 do 9,5%
dla NO2. Dla SO2 udało się udowodnić
istotny związek z tym elementem tylko
w lutym. W miesiącach jesienno-zimowych ciśnienie atmosferyczne korelowało dodatnio z wielkością imisji obu
zanieczyszczeń, natomiast w letnich –
ujemnie. Analiza regresji zanieczyszczeń
gazowych atmosfery od prędkości wiatru
ujawniła wyłącznie pozytywną rolę tego
elementu, jako podstawowego czynnika
naturalnej wentylacji powietrza. Wpływ
prędkości wiatru na stężenie obu zanieczyszczeń był największy głównie
w miesiącach zimowych. Najściślejszą
R. Kalbarczyk, E. Kalbarczyk
Objaśnienia / Explanations:
–/+ zależność ujemna/dodatnia / negative / positive effect; *** istotna dla α ≤ 0,01 / significant at α ≤ 0,01; ** istotna dla α ≤ 0,05 / significant at α ≤ 0,05;
* istotna dla α ≤ 0,1 / significant at α ≤ 0,1.
TABELA 2. Istotne współczynniki korelacji cząstkowej [%] dla zależności liniowej między stężeniem NO2 i SO2 na obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej a warunkami solarno-termicznymi, przy uwzględnieniu istotnego trendu liniowego w latach 1998–2005
TABLE 2. Significant coefficients of partial correlation [%] for the linear relationship between the concentrations of NO2 and SO2 in the countryside area of
Szczecin Lowland and the solar-thermal conditions, taking into account the significant linear trend in 1998–2005
Miesiąc / Month
Okres / Period
Rodzaj
zanieczyszgrzewletni
czeń
czy
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
summer
Kind of polheating
(V–IX)
lution
(X–IV)
Sumy promieniowanie całkowitego / Total solar radiation [W·m–2]
+***
+***
+*
+***
NO2
6,2
8,3
2,3
0,9
+**
+**
+***
+**
SO2
5,2
7,7
6,6
0,4
Średnia temperatura powietrza / Mean air temperature [°C]
–***
+**
+**
+*
–**
–***
–***
NO2
5,4
2,3
2,7
1,6
2,9
9,4
1,7
–***
–**
+***
+*
–***
–**
–***
–**
SO2
15,4
2,5
5,0
1,7
25,2
2,3
1,4
0,7
Maksymalna temperatura powietrza / Maximum air temperature [°C]
–***
+*
+**
+***
+***
+**
+**
–***
–***
+**
NO2
5,6
1,5
2,0
3,7
5,2
2,3
2,6
12,7
1,0
0,5
–***
+***
+**
–***
–***
–***
SO2
16,9
7,3
2,6
27,1
4,6
0,9
Minimalna temperatura powietrza / Minimum air temperature [°C]
–***
–***
–*
–***
–***
–***
–***
NO2
4,9
4,5
1,9
4,6
8,5
2,7
1,4
–***
–***
–*
–***
–***
–***
–***
–***
–***
SO2
14,4
5,1
1,9
10,2
4,8
5,6
20,9
2,6
5,0
Objaśnienia, zob. tab. 2. / Explanations, see Table 2.
TABELA 3. Istotne współczynniki korelacji cząstkowej [%] dla zależności liniowej między stężeniem NO2 i SO2 na obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej a opadami, ciśnieniem i prędkością wiatru, przy uwzględnieniu istotnego trendu liniowego w latach 1998–2005
TABLE 3. Significant coefficients of partial correlation [%] for the linear relationship between the concentrations of NO2 and SO2 in the countryside
area of Szczecin Lowland and the precipitation, the pressure and the speed of wind, taking into account the significant linear trend in 1998–2005
Miesiąc / Month
Okres / Period
Rodzaj zanieczyszczeń
grzewczy
letni
Kind of pollution
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
heating summer
(X–IV)
(V–IX)
Suma opadów atmosferycznych / Precipitation total [mm]
–***
–*
–**
–*
–**
–**
NO2
9,5
2,2
2,7
1,9
4,2
0,3
–***
SO2
3,7
Ciśnienie atmosferyczne / Air-pressure [hPa]
+***
+***
–*
+*
+*
+**
NO2
6,7
5,2
2,3
2,2
3,0
0,4
+***
+**
–***
–***
SO2
5,5
4,1
6,2
4,9
Średnia prędkość wiatru / Mean wind speed [m·s–1]
–***
–***
–***
–***
–***
–***
–***
–**
–***
–***
–***
NO2
27,8
19,5
6,0
10,9
6,3
5,3
11,8
7,3
41,9
3,6
3,5
–***
–***
–***
–**
–***
–***
–***
–***
–***
–***
SO2
12,1
14,7
5,0
4,1
6,8
15,7
10,7
31,2
1,1
1,8
zależność udowodniono w grudniu dla
obu zanieczyszczeń – R2 wyniósł 41,9%
dla NO2 i 31,2% dla SO2. Podobne wyniki zależności NOx i SO2 w Olsztynie
od prędkości wiatru, dotyczące kierunku
i siły oddziaływania, uzyskali Nowicka
i inni (2004).
Analiza regresji wielokrotnej umożliwiła wytypowanie najważniejszych
elementów meteorologicznych spośród
całego zespołu istotnie wpływających
na miesięczną wielkość imisji obu zanieczyszczeń gazowych na Nizinie
Szczecińskiej (tab. 4 i 5). Zastosowano
procedurę krokową, a oprócz elementów
meteorologicznych włączono funkcję
czasu, ale tylko dla tych miesięcy, w których udowodniono istotny trend liniowy
dla NO2 i SO2. Wyniki zaprezentowano
w takiej formie, która umożliwia rekonstrukcję równania w pełnej postaci.
W tym celu – oprócz współczynników
regresji wielokrotnej – dla elementów
meteorologicznych podano również
wartość liczbową wyrazu wolnego, stanowiącego integralną część równania
regresji. Dane zamieszczone w tabeli 4
wskazują, że najlepsze wyniki dotyczące opisu zmienności stężenia NO2 przez
elementy meteorologiczne uzyskano
w sierpniu – R2 wyniósł 68,1%. Spośród
siedmiu rozpatrywanych elementów meteorologicznych najczęściej o wielkości
stężenia ditlenku azotu decydowały:
średnia prędkość wiatru we wszystkich
miesiącach, z wyjątkiem kwietnia, lipca i października, oraz ciśnienie atmosferyczne, znacznie rzadziej – maksymalna i średnia temperatura powietrza
oraz promieniowanie słoneczne. Jak
wskazują cząstkowe współczynniki korelacji, największy wpływ na wielkość
imisji NO2 miała prędkość wiatru – r2
wahał się od 3,6% w czerwcu do 41,9%
w grudniu. Współczynniki determinacji
dla SO2 były zdecydowanie wyższe niż
dla NO2 i wahały się od 34,3% w czerwcu
do 74,6% w sierpniu (tab. 5). Z równań
regresji wielokrotnej wynika, że główną
rolę odgrywała, tak jak przy imisji NO2,
średnia prędkość wiatru oraz maksymalna temperatura powietrza, przy czym
kwadrat współczynnika korelacji cząstkowej dla prędkości wiatru wahał się,
w zależności od miesiąca, od 4,1 do 24,9%,
natomiast dla maksymalnej temperatury
powietrza – od 6,1 do 16,1%. Podobne
wyniki uzyskali autorzy opracowania
Wykorzystanie... (2000) oraz Kleniewska (2005), z których badań wynika, że
o wielkości stężenia SO2 decydują przede
wszystkim: prędkość wiatru, temperatura powierza i opady. Zarówno w równaniach regresji dla stężenia NO2, jak i dla
SO2 nie udało się uwzględnić warunków
opadowych w postaci sum. Van der Wal
i Janssen (2000) piszą, że o efektywności opadów w usuwaniu zanieczyszczeń z powietrza decyduje ich częstość,
w mniejszym zaś stopniu ich wielkość.
Wnioski
1. Na obszarze pozamiejskim Niziny
Szczecińskiej rozkład czasowy stężenia NO2 i SO2 nie wykazał wyraźnej struktury sezonowej. W okresie
grzewczym wielkość imisji SO2 była
taka sama jak w okresie letnim.
2. W latach 1998–2005 polepszenie
jakości powietrza na Nizinie Szczecińskiej wynikało z malejącej tendencji stężenia SO2 we wszystkich
miesiącach roku oraz stężenia NO2
w sierpniu i we wrześniu.
Zmienność stężenia gazowych zanieczyszczeń...
81
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
April
Maj
May
Czerwiec
June
Lipiec
July
Sierpień
August
Wrzesień
September
Październik
October
Listopad
November
Grudzień
December
5,056
–168,67
–17,85
0,0801
12,8***
0,021
2,5**
21,3
41,9
–0,70032
41,9***
6,2
39,1
68,1
2,3
11,5
38,8
18,2
21,2
38,0
29,3
R2
–0,18
7,3**
–0,390
12,2***
0,00011
4,6**
–0,31
36,9***
620,93
–0,203
3,6**
–0,52
13,2***
–0,21
5,3**
0,029
2,3**
–0,032
6,9**
–0,34
67,4***
0,22
28,9***
0,000084
4,7***
701,11
1,89
2,56
–41,077
0,0301
3,2**
0,069
2,4***
–0,21
6,0***
–136,64
V
0,14
15,9***
0,016
5,7**
P
–266,00019
Op
–0,28
14,9***
Tmin
0,18
17,9***
0,058
6,9***
Tmax
Element meteorologiczny / Meteorological element
–365,27
–0,072
3,3**
T
–0,37
27,8***
0,00011
5,4***
Rs
0,0901
5,5*
Rok
Year
176,13
Wyraz wolny
Slope
Objaśnienia / Explanations:
R2 – współczynnik determinacji / determination coefficient [%]; rw – współczynnik regresji wielokrotnej / multiple regression coefficient; r2 – kwadrat współczynnika korelacji
cząstkowej / square of partial correlation coefficient [%]; *** współczynnik istotny przy α ≤ 0,01 / regression coefficient significant at α ≤ 0,01; ** współczynnik istotny przy
α ≤ 0,05 / regression coefficient significant at α ≤ 0,05; Rs – sumy promieniowania całkowitego / total solar radiation [W·m–2]; T – średnia temperatura powietrza / mean air temperature [°C]; Tmax – maksymalna temperatura powietrza / maximum air temperature [°C]; Tmin – minimalna temperatura powietrza / minimum air temperature [°C]; Op – sumy
opadów atmosferycznych / precipitation total [mm]; P – ciśnienie atmosferyczne / air-pressure [hPa]; V – średnia prędkość wiatru / mean wind speed [m·s–1].
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
Styczeń
January
Luty
February
Marzec
March
Kwiecień
Miesiąc
Month
TABELA 4. Istotne współczynniki regresji wielokrotnej i korelacji cząstkowej [%] dla zależności stężenia ditlenku azotu od wybranych elementów meteorologicznych na obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej, przy uwzględnieniu trendu liniowego w latach 1998–2005
TABLE 4. The significant coefficient of multiple regression and partial correlation [%] for the relationship between the concentration of nitrogen dioxide and
the selected meteorological elements in the countryside area of Szczecin Lowland, taking the linear trend in 1998–2005 into consideration
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
rw
r2
–0,21
5,6***
–0,13
8,3***
–0,13
7,1***
–0,035
6,9***
–0,056
16,1***
–0,66
73,8***
–0,53
72,9***
–0,25
61,2***
–0,27
69,6***
–0,29
58,1***
1313,88
1060,190
500,47
548,93
601,25
0,051
6,1***
–0,26
4,1**
–0,023
3,2**
–0,22
35,4***
459,33
–0,086
11,4***
–0,051
6,2***
–0,26
29,6***
–0,29
24,9***
67,8
72,8
61,8
73,4
74,6
40,2
34,3
66,3
567,094
–0,21
4,2***
–0,41
64,7***
831,44
0,0402
3,5**
42,1
–0,000048
9,0***
–0,108
20,9***
217,84
0,033
11,4***
43,9
41,2
–0,49
43,9***
–0,13
7,4***
976,95
–0,056
9,7***
–0,15
32,1***
310,76
Objaśnienia, zob. tab. 4 / Explanations, see Table 4.
Luty
February
Marzec
March
Kwiecień
April
Maj
May
Czerwiec
June
Lipiec
July
Sierpień
August
Wrzesień
September
Październik
October
Listopad
November
Grudzień
December
TABELA 5. Istotne współczynniki regresji wielokrotnej i korelacji cząstkowej [%] dla zależności stężenia ditlenku siarki od wybranych elementów meteorologicznych na obszarze pozamiejskim Niziny Szczecińskiej, przy uwzględnieniu trendu liniowego w latach 1998–2005
TABLE 5. The significant coefficient of multiple regression and partial correlation [%] for the relationship between the concentration of sulphur dioxide and
the selected meteorological elements in the countryside area of Szczecin Lowland, taking the linear trend in 1998–2005 into consideration
Element meteorologiczny / Meteorological element
Miesiąc
Wyraz wolny
Rok
R2
Month
Slope
Year
Rs
T
Tmax
Tmin
Op
P
V
Styczeń
rw
–0,309
0,00051
–0,207
622,35
47,1
30,8***
4,9**
11,8***
January
r2
3. Najwięcej istotnych związków obu
zanieczyszczeń gazowych z elementami meteorologicznymi udowodniono w okresie grzewczym, zwłaszcza w styczniu i w lutym, najmniej
w okresie letnim – w lipcu.
4. Spośród analizowanych elementów
meteorologicznych ze stężeniem
NO2 i SO2 najsilniej ujemnie skorelowane były: minimalna temperatura
powietrza, suma opadów atmosferycznych i prędkość wiatru.
5. W zespole elementów meteorologicznych najsilniej skorelowanych
ze stężeniem obu zanieczyszczeń
gazowych największą rolę odgrywały: średnia prędkość wiatru, ciśnienie atmosferyczne i maksymalna
temperatura powietrza.
Literatura
CZARNECKA M., KALBARCZYK R. 2004:
Zanieczyszczenie powietrza – emisja
(I i II) i imisja (I i II) [w:] Atlas zasobów
i zagrożeń klimatycznych Pomorza (red.)
Cz. Koźmiński, B. Michalska. AR Szczecin:
18–21.
CZARNECKA M., KALBARCZYK R. 2005:
Zmienność stężenia ditlenku siarki i ditlenku
azotu w zależności od warunków meteorologicznych.
Woda-Środowisko-Obszary
Wiejskie 5 (14): 93–106.
KLENIEWSKA M. 2004. Związek między stężeniem dwutlenku siarki w powietrzu atmosferycznym a rodzajem napływających mas
powietrza w półroczu chłodnym w Ursynowie SGGW. Przegląd Naukowy Inżynieria
i Kształtowanie Środowiska 2(29): 161–167.
KLENIEWSKA M. 2005. Kształtowanie się
stężenia dwutlenku siarki na terenach zróżnicowanych pod względem rodzaju emisji SO2
na przykładzie stacji Warszawa Ursynów
i Bielsk Duży. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus 4(1): 59–70.
84
MICZYŃSKI J., ZAWORA T. 1993: Variation in
time, and spatial distribution o fair pollutants
and dust fall in the vicinity of notable water
reservoir in Dobrzyce. Ekol. Pol. 41 (3,4):
307–317.
NOWICKA A., RYNKIEWICZ I., DRAGAŃSKA E., PANFIL M. 2004: Wpływ elementów meteorologicznych na stan zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego
w Olsztynie. Przegląd Naukowy Inżynieria
i Kształtowanie Środowiska 13(28): 126–132.
Raport o stanie środowiska w województwie
zachodniopomorskim w latach 2004–2005,
2006 (red.) M. Landsberg-Uczciwek. Biblioteka Monitoringu Środowiska, IOŚ Warszawa.
SKOTAK K., IWANEK J., MITOSEK G.,
PRZĄDKA Z. 2002. Zanieczyszczenie powietrza w Polsce w 2001 roku na podstawie
pomiarów krajowej sieci stacji podstawowych. Biblioteka Monitoringu Środowiska,
IOŚ.
van der WAL J.T., JANSSEN L.H.J.M. 2000:
Analysis of spatial and temporal variations
of PM10 concentrations in the Netherlands
using Kalman filtering. Atmospheric Environment 34: 3675–3687.
Wykorzystanie
danych
meteorologicznych
w monitoringu jakości powietrza (podstawy
fizyczne i wskazówki metodyczne), 2000.
(red.) J. Walczewski. Biblioteka Monitoringu
Środowiska, IOŚ Warszawa.
Summary
Variability of gas concentration of air
pollution in the countryside area of Szczecin Lowland correlated with weather
conditions. The aim of the studies was to
determine relationships between the concentration of nitrogen dioxide and sulphur dioxide in the countryside area and the selected
meteorological elements. In the studies the
data concerning the immission of gas pollution and meteorological data were taken into
account and they were gathered, respectively,
at the station monitoring the air quality and
the agrometeorological station of Agricultural University of Szczecin, situated in the
middle part of Szczecin Lowland (in Lipnik,
R. Kalbarczyk, E. Kalbarczyk
near Stargard Szczeciński) in 1998–2005. In
the countryside area of Szczecin Lowland
the time distribution of the NO2 and SO2
concentrations did not show a distinct seasonal structure. During the seasonal heating
the amount of the SO2 immission was the
same as during the summer. In 1998–2005
the improvement of the air quality in Szczecin Lowland resulted from a decreasing
tendency of the SO2 concentration during
all the months of the year and a decreasing
tendency of the NO2 concentration in August
and September. In the set of meteorological
elements, the most strongly correlated with
concentrations of the two gas pollution factors and of the strongest role were the average speed of wind, the atmospheric pressure
and the maximum air temperature.
Author’s address:
Robert Kalbarczyk
Akademia Rolnicza w Szczecinie
Katedra Meteorologii i Klimatologii
ul. Papieża Pawła VI nr 3, 71-469 Szczecin
Poland
e-mail: [email protected]
Zmienność stężenia gazowych zanieczyszczeń...
85